CN104482914A - 一种远距离被保护层膨胀变形量测定装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种远距离被保护层膨胀变形量测定装置，它包括煤层顶板基点固定器、顶板基点测定线、连接管、煤层底板基点固定器、底板基点测定线，保护套管、套管连接头。所述煤层顶板基点固定器和煤层底板基点固定器结构相同，管体四周翼翅呈张开状态，二者通过连接管插接相连；煤层底板基点固定器下部与保护套管通过套管连接头连接；顶板基点测定线一端固定在煤层顶板基点固定器内部，另一端穿过连接管和煤层底板基点固定器从保护套管内引出；底板基点测定线一端固定在煤层底板基点固定器内部，另一端从保护套管内引出。本装置简单轻便，可一次性完成安装，且基点固定牢固，对钻孔适应性强，尤其适用于远距离保护层膨胀变形量的测定。
Description
技术领域
本发明涉及一种远距离被保护层膨胀变形量测定装置，尤其适用于井下远距离保护层开采效果考察中对被保护层膨胀变形量的测定。
背景技术
保护层开采在煤矿瓦斯治理，特别是煤与瓦斯突出灾害防治中具有非常重要的意义。根据《防治煤与瓦斯突出规定》的要求，保护层开采是优先采用的一种区域防治措施，突出矿井具备保护层开采条件时，必须首先开采保护层。
煤层膨胀变形量是衡量保护层开采效果的一项重要指标。目前对煤层膨胀变形量的测定多采用深部基点法，即在岩巷中向煤层施工穿透煤层的钻孔，在煤层顶板及底板各安装一对钢楔固定深部基点，由钢楔引出钢筋和钢管至孔外，通过测量钢筋和钢管的相对位移，并结合钻孔角度进行换算，得到煤层的膨胀变形量。如果钻孔距离较深可用钢丝绳代替钢筋和钢管。
传统的测定方在实际操作中难度大，具有安全隐患。钢楔体积大，在钻孔内推送过程中易与孔壁碰撞发生错位，甚至卡在钻孔中途，造成安装失败；钢楔、钢筋被首先推送至煤层顶板固定，钢楔、钢管接着被推送至底板固定，安装不能一次性完成，底板基点的安装对顶板基点的稳定会产生影响；当测定地点距离被保护层较远时，钢管、钢筋长度增加，重量增大，人工推送困难，钢筋和钢管在自重作用下容易发生掉落，存在安全隐患；如果用钢丝绳代替钢筋和钢管，基点钢楔安装固定困难，且测量用的钢丝绳缺乏保护，可能卡在孔壁裂缝内，造成测量不准确。
发明内容
技术问题：本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种结构简单、安装操作方便、能有效地进行煤层膨胀变形量测定尤其是远距离被保护层膨胀变形量测定的装置。
技术方案：本发明的远距离被保护层膨胀变形量测定装置，包括设在煤岩穿层钻孔内的煤层顶板基点固定器、顶板基点测定线、连接管、煤层底板基点固定器、底板基点测定线、套管连接头、保护套管，所述的煤层顶板基点固定器和煤层底板基点固定器通过连接管相连接；所述煤层底板基点固定器的下部通过套管连接头与保护套管相连接；顶板基点测定线一端固定在顶板基点固定器内部，另一端穿过煤层底板基点固定器从保护套管内引出；所述底板基点测定线一端固定在煤层底板基点固定器内部，另一端从保护套管内引出；所述的煤层顶板基点固定器和煤层底板基点固定器结构相同。
所述的煤层顶板基点固定器包括管体、测定线固定孔、管体凸起、翼翅、销钉、扭力弹簧、管体凸起弹簧卡槽、翼翅弹簧卡槽、管体底部螺纹，所述的管体凸起对称焊接在管体的四周；翼翅通过销钉与管体凸起连接，扭力弹簧中心固定在销钉上，扭力弹簧两端分别固定在管体凸起弹簧卡槽和翼翅弹簧卡槽中。
所述的翼翅为镰刀形，外侧为弧形，呈张开状态。
所述顶板基点测定线和底板基点测定线为抗拉钢丝绳。
所述的连接管与煤层顶板基点固定器和煤层底板基点固定器通过插接式连接。
有益效果：由于采用了上述技术效果，本发明可以实现同时将煤层顶底板固定器在钻孔中推送，简化安装操作步骤。由于连接管内径略大于煤层顶底板基点固定器管体外径，插接不是十分紧固，当煤层发生膨胀变形后煤层顶板基点固定器和煤层底板基点固定器易于分离。与现有技术相比，结构简单，基点固定牢固，可一次性完成煤层顶底板基点固定器的固定安装，使用高强度PVC保护套管和钢丝绳，装置轻便，安装操作简单，受钻孔条件变化影响小，稳定性强，安全可靠，可实现远距离被保护层膨胀变形量的测定。具有广泛的实用性。
附图说明
图1为本发明安装完成后的结构示意图。
图2为本发明装置中煤层顶(底)板基点固定器的结构示意图。
图1中：1.煤层顶板基点固定器，2.顶板基点测定线3.连接管，4.煤层底板基点固定器，5.底板基点测定线，6.套管连接头，7.保护套管。
图2中：1-1.管体，1-2.测定线固定孔，1-3.管体凸起，1-6.翼翅，1-4.销钉，1-5.扭力弹簧，1-7.管体凸起弹簧卡槽，1-8.翼翅弹簧卡槽，1-9.管体底部螺纹。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：
如图1所示，本发明的远距离被保护层膨胀变形量测定装置，主要由设在煤岩穿层钻孔内的煤层顶板基点固定器1、顶板基点测定线2、连接管3、煤层底板基点固定器4、底板基点测定线5、套管连接头6、保护套管7构成，所述的煤层顶板基点固定器1和煤层底板基点固定器4通过连接管3相连接；所述煤层底板基点固定器4的下部通过套管连接头6与保护套管7相连接；顶板基点测定线2一端固定在顶板基点固定器1内部，另一端穿过煤层底板基点固定器4从保护套管7内引出；所述底板基点测定线5一端固定在煤层底板基点固定器4内部，另一端从保护套管7内引出；所述的煤层顶板基点固定器1和煤层底板基点固定器4结构相同。所述顶板基点测定线2和底板基点测定线5为抗拉钢丝绳。所述的连接管3与煤层顶板基点固定器1和煤层底板基点固定器4通过插接式连接。
所述的煤层顶板基点固定器1包括管体1-1、测定线固定孔1-2、管体凸起1-3、翼翅1-6、销钉1-4、扭力弹簧1-5、管体凸起弹簧卡槽1-7、翼翅弹簧卡槽1-8、管体底部螺纹1-9，所述的管体凸起1-3对称焊接在管体1-1的四周；翼翅1-6通过销钉1-4与管体凸起1-3连接，扭力弹簧1-5中心固定在销钉1-4上，扭力弹簧1-5两端分别固定在管体凸起弹簧卡槽1-7和翼翅弹簧卡槽1-8中。管体1-1顶部管壁开有测定线固定孔1-2，管体1-1下部外壁有连接螺纹，管体四周对称焊接有四个长条形钢板作为管体凸起1-3，管体凸起1-3和翼翅1-6通过销钉1-4连接。翼翅1-6由钢板做成，呈镰刀形，外侧为弧形，翼翅1-6顶部尖锐，有利于插入孔壁，翼翅1-6底部为直角，使翼翅1-6最大程度可张开与管壁呈90度，在扭力弹簧1-5的作用下，翼翅1-6呈张开状态，在钻孔中推进的过程中，翼翅1-6紧贴孔壁，可随着孔壁的变化而收缩张开，由于翼翅1-6的作用，使得基点固定器在钻孔中只能单向前进，当到达指定位置的时候，向后拉拽基点固定器1，翼翅1-6尖锐的顶部会插入孔壁内，当翼翅1-6完全张开后，基点固定器1被牢牢固定在孔壁内。
所述的连接管3为高强度PVC材质，连接管3长度随钻孔在煤层中的长度而定，连接管3的内径略大于煤层顶底板基点固定器1管体外径，采用插接的方式连接煤层顶板基点固定器1和煤层底板基点固定器4，连接管3的两端正好被煤层顶底板基点固定器1的管体凸起1-3抵住，可以实现同时将煤层顶底板固定器4在钻孔中推送，简化安装操作步骤。
所述的保护套管7为高强度PVC材质，保护套管长度为两米一段，每段端头外壁开有螺纹，保护套管7通过套管连接头与煤层底板基点固定器管体下部连接。保护套管7在钻孔进行中分段安装可将基点固定器推送到指定位置，同时对顶板基点测定线和底板基点测定线起到保护作用，防止钻孔发生塌陷或钻孔倾角较大时，测定线嵌入孔壁内活动受阻。
顶板基点测定线2和底板基点测定线5的材质为两根高强度细钢丝绳，顶板基点测定线2一端穿入煤层顶板基点固定器管体内部，与测定线固定孔连接，另一端穿过连接管3和煤层底板基点固定器管体4，从保护套管7中引出；底板基点测定线5一端穿入煤层底板基点固定器4的管体内部，与测定线固定孔连接，另一端从保护套管7内引出。
在现场进行测量时，首先在被保护层下部岩巷选定合适的施工地点，向煤层施工尽量垂直于煤层的穿层钻孔，钻孔穿透煤层进入顶板1米左右。根据钻孔的长度截取一定长度的顶板基点测定线2，将其一端穿入煤层顶板基点固定器1的管体1-1与测定线固定孔1-2连接，同样的方法将底板基点测定线5与煤层底板基点固定器4连接。根据钻孔的穿煤长度，截取相同长度的连接管3，顶板基点测定线2从连接管3中穿出，将连接管3的一端与煤层顶板基点固定器1的管体1-1下部插接，顶板基点测定线2从煤层底板基点固定器4的管体1-1中穿出，将连接管3的另一端与煤层底板基点固定器4的管体1-1的上部插接。将套管连接头6和一段保护套管7的内部穿入顶板基点测定线2和底板基点测定线5后，与煤层底板基点固定器4通过管体底部螺纹1-9连接。将连接有一段保护套管的测定装置送入钻孔内，此时煤层顶底板基点固定器翼翅1-6由于扭力弹簧1-5的作用与孔壁紧紧相贴，使得测定装置在钻孔中只能单向前进，不断连接保护套管7，实现装置向钻孔深部推送。根据保护套管7送入钻孔内的长度，判断当煤层顶底板基点固定器推送到指定位置时，停止连接保护套管7，使保护套管7刚刚露出孔口即可。分别向下拉拽顶板基点测定线2和底板基点测定线5，此时煤层顶底板基点固定器中与孔壁紧贴的翼翅1-6插入孔壁，实现煤层顶底板基点固定器的固定。在顶板基点测定线2和底板基点测定线5下端分别悬挂重物，使测定线保持绷紧状态，分别在顶板基点测定线2和底板基点测定线5上相同位置做好标记，定期用千分尺测定并记录两标记点的相对距离。根据两标记点之间的相对位移和钻孔与煤层的夹角，经过换算可得出被保护层的膨胀变形量。
Claims (5)
1.一种远距离被保护层膨胀变形量测定装置，其特征是包括设在煤岩穿层钻孔内的煤层顶板基点固定器（1）、顶板基点测定线（2）、连接管（3）、煤层底板基点固定器（4）、底板基点测定线（5）、套管连接头（6）、保护套管（7），所述的煤层顶板基点固定器（1）和煤层底板基点固定器（4）通过连接管（3）相连接；所述煤层底板基点固定器（4）的下部通过套管连接头（6）与保护套管（7）相连接；所述顶板基点测定线（2）一端固定在顶板基点固定器（1）内部，另一端穿过煤层底板基点固定器（4）从保护套管（7）内引出；所述底板基点测定线（5）一端固定在煤层底板基点固定器（4）内部，另一端从保护套管（7）内引出；所述的煤层顶板基点固定器（1）和煤层底板基点固定器（4）结构相同。
2.根据权利要求1所述的一种远距离被保护层膨胀变形量测定装置，其特征是：所述的煤层顶板基点固定器（1）包括管体（1-1）、测定线固定孔（1-2）、管体凸起（1-3）、翼翅（1-6）、销钉（1-4）、扭力弹簧（1-5）、管体凸起弹簧卡槽（1-7）、翼翅弹簧卡槽（1-8）、管体底部螺纹（1-9），所述的管体凸起（1-3）对称焊接在管体（1-1）的四周；翼翅（1-6）通过销钉（1-4）与管体凸起（1-3）连接，扭力弹簧（1-5）中心固定在销钉（1-4）上，扭力弹簧（1-5）两端分别固定在管体凸起弹簧卡槽（1-7）和翼翅弹簧卡槽（1-8）中。
3.根据权利要求2所述的一种远距离被保护层膨胀变形量测定装置，其特征是：所述的翼翅（1-6）为镰刀形，外侧为弧形，呈张开状态。
4.根据权利要求1所述的一种远距离被保护层膨胀变形量测定装置，其特征是：所述顶板基点测定线（2）和底板基点测定线（5）为抗拉钢丝绳。
5.根据权利要求1所述的一种远距离被保护层膨胀变形量测定装置，其特征是：所述的连接管（3）与煤层顶板基点固定器（1）和煤层底板基点固定器（4）通过插接式连接。
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